瓦克为芯片生产提供专用化学品

没有多晶硅，数字化就无从谈起。这种亮晶晶的银色材料是最纯净的人造材料之一，也是半导体工业最重要的原材料。目前，每两块电脑芯片中就有一块是用瓦克多晶硅生产而成的。然而，瓦克的贡献远不止此。除了多晶硅，我们的工艺化学品也在发挥着关键作用，而业界在这里对多晶硅的纯度和质量要求极高。

纯度是关键

从硅片（亦称晶圆），到可直接使用的芯片，须经数百道工序，生产时间长达数月，并且对流程和设备有极高的技术要求，芯片工厂的建造成本也因此相对高昂。为了让投资物有所值，芯片制造商必须尽可能提高功能可靠的芯片的产率。

另一不利因素，是半导体元件的功能只有在生产流程最后阶段才能测试。那么，芯片行业要求供应商提供最高质量的原材料和工艺化学品，就不难理解了。

“芯片制造商必须百分之百信赖自己的工艺和设备，以及生产所需材料及化学品。”

——Arne Meier，业务拓展经理

每两块芯片中就有一块用瓦克多晶硅生产而成

超纯硅片是芯片生产的起点，而这种硅片的原材料几乎都是多晶硅。瓦克是欧洲唯一一家半导体级多晶硅生产商，产品无论在数量、质量，还是纯度方面，甚至在全球范围内亦处于领先地位，世界上每两块电脑芯片中就有一块是用瓦克多晶硅生产而成的。

但没有很多人知道，瓦克除了超纯多晶硅，还提供计算机芯片生产所需的重要专用化学品。例如，我们的硅烷可让硅层或绝缘层沉积在硅片表面，我们的气相二氧化硅可在芯片生产中用来对涂层进行抛光和找平处理，甚至镀膜室的清洁工作也离不开瓦克的产品——氯化氢。

瓦克所有功能性化学品均精确地根据半导体工业的流程及要求配制而成。我们利用统计制程控制，对此类化学品的生产进行持续监控，确保产品纯度始终保持在芯片制造商规定的严格范围内。此外，我们还进行严格的风险管理，即使某些流程参数(如，温度或压力)在生产过程中出现偏差，或生产设备发生变化，也能确保产品质量始终如一。

这些化学品的所需上游产品大部分由我们自行生产，以减少对外部供应商的依赖。此外，我们的内部分析实验室有能力准确辨别和量化哪怕微小之极的杂质。

“有了这一系列措施，我们能够始终保证按时向客户提交质量完全符合要求的产品。”

——Sigrid Rothenhäusler，业务拓展经理

功能性化学品的应用领域：

化学气相沉积

芯片里的导电结构由薄薄的绝缘层互相隔离。这种介电绝缘层薄如蝉翼，厚度仅为几纳米。为防止电击穿和芯片故障，绝缘层必须纯度极高，并且厚度始终均匀。

绝缘层通常在业界称为等离子体辅助化学气相沉积（PECVD）的芯片生产工序中制成，即，在洁净室条件下，借助等离子体将硅片加热到500至1200摄氏度，让注入的硅烷在化学反应中分解后，在受热的硅片表面形成固体绝缘层。

为实现高生产率，沉积的速度必须尽可能快。然而，快速加热及高温会对硅片造成压力，导致硅晶体内部结构损坏而报废。为避免这种情况出现，芯片制造商需要使用一种在中高温条件下便可尽快沉积的硅烷。

瓦克的特种硅烷在这里作用关键。我们的正硅酸四乙酯（TEOS）是生成类似石英玻璃的无定型二氧化硅层的适用硅烷，在需要沉积速度高和保障所需无缺陷度的前提下，是一种良好的折中方案。

瓦克的特种硅烷现已成为许多芯片制造商的首选材料，他们对瓦克产品始终如一的高品质青睐有加。

芯片制造商乐于使用瓦克的SEMICOSIL®TEOS和其它特种硅烷来涂覆超纯硅片：它们能在硅片表面分解，形成固体绝缘层（见详解图）。

“借助统计制程控制，我们能够保证至少为99.995%的平均纯度。但实际情况是，我们的生产工艺甚至能够达到99.999%的纯度。这让瓦克得以成为这种不可或缺的工艺化学品的质量引领者和全球重要供应商之一。”

——Alena Kalyakina，业务拓展经理

工艺室清洁

在化学气相沉积过程中，会有固体沉积在工艺室内壁。随着时间推移，这些沉积物会变厚，致使颗粒脱落，污染硅片表面，导致用这些硅片制成的芯片无法使用。

为防止这种情况出现，工艺室必须定期清洁。芯片制造商在这里使用高纯氯化氢。这种气体可腐蚀内壁沉积物，而使用的氯化氢同样必须是高纯度的，这样才不会让新的杂质污染内壁，再从那里污染硅片。

我们提供的SEMICOSIL® HCl 5.5是纯度高达99.999%的氯化氢。业务拓展经理Sigrid Rothenhäusler女士介绍说：“这甚至超过了芯片制造商目前对纯度的要求，我们也得以具备满足未来需求的理想条件。”

瓦克使用自有矿井的岩盐生产氯化氢，那里出产的岩盐的成分和纯度尤其适合于生产高纯气体。

芯片生产的工艺室必须定期用氯化氢清洁： 我们只使用瓦克自有斯特滕盐矿的岩盐生产氯化氢。

化学机械抛光

为在芯片内部实现叠加结构，硅片表面必须做到绝对平整和光滑，才能继续在表面沉积下一叠层。芯片制造商通过对最新一层进行抛光处理来不平整处，而这是通过一种高精度的机械研磨与化学腐蚀相结合的工艺——化学机械抛光来实现的。

气相二氧化硅是化学机械抛光的理想材料。如同面部磨砂膏中的小颗粒一样，这种絮状粉末能够去除多余材料。Arne Meier先生介绍说：“用我们材料制成的抛光浆料比半导体行业常用的胶态二氧化硅研磨性更强，在芯片制造商想要希望强效去除材料时，我们的产品尤具优势。”

除高纯度外，研磨颗粒的窄粒径分布是瓦克产品的另一出色特性。产品生产工艺受到严格控制，排除了出现较大颗粒的可能。 Meier先生强调：“因此，抛光时绝对不会出现划痕。”

在化学机械研磨过程中对半导体硅片进行最后抛光：含HDK®气相二氧化硅的抛光浆料可用来实现高度的材料去除率，让硅片表面平整无暇。

面向未来芯片的硅烷

数字设备更新迭代，它们的切换频率越来越高，结构却越来越小，在保持体积不变的同时，它们的运行速度更快，性能更强大。芯片结构微小化是这一发展的前提。

这就致使每一代的芯片比上一代更加复杂。目前，芯片里的叠层已超过100多层，比人类头发直径薄一万倍的5纳米结构宽度已成为技术标准。芯片变得如此之小，让制造商也在逐渐接近半导体的物理极限。

例如，当芯片里的导线和绝缘层靠得越来越近时，就可能出现问题。由于切换频率高，导线的电荷量会急剧增加，形成相对较强的电场。Meier先生介绍说：“电场会在导线之间的区域互相干扰，减缓电荷速度。”绝缘层越薄，切换频率越高，这种抑制作用就越强，问题严重时，电荷便无法及时到达目的地，芯片就会出现故障。

一种可行的解决方案，是使用半导体行业简称“k”的介电常数更低的绝缘材料。瓦克正在致力于开发可用来沉积介电常数极低的材料的硅烷，让它们在未来半导体工业中发挥重要作用。Meier先生表示，这种超低k材料的研发工作已接近尾声： “凭借这种硅烷，我们在为最新一代计算机芯片的诞生助力。”

微芯片

微芯片是一种电子半导体组件，内含一个完整的由成千上万至数十亿个微小的晶体管、电容器、电阻和其它电子元件组成的电路。这些元件均结构微小，以薄层的形式在半导体晶片中排成多层，以这种结构被牢牢固定于衬底。

它们每一层都有各自的功能，例如，可充当导线、作为晶体管的组成部分，也可以充当电阻器。芯片结构一代比一代小，同时，叠层越来越多，晶体管的数量也随之增加，而晶体管越多，芯片的性能就越强大。

超纯多晶硅

多晶硅是硅片生产最重要的上游产品，一切以纯度为标准。半导体材料里硼或磷等杂质原子会改变半导体的电性能，最终导致用这种硅片生产的芯片发生故障。因此，保持极高纯度是关键。

瓦克生产的半导体级多晶硅，纯度为12N，即，每一万亿个硅原子中最多只含一个有害杂质原子，纯度相应为99.9999999999%，瓦克生产的多晶硅得以成为世界上最纯净的人造材料之一。

瓦克向硅片制造商提供形状不规则的超纯硅团块，供厂商将这些多晶材料加工成圆柱形单晶大硅棒后，将其切割成薄片，再对薄片进行平平化处理、清洁和抛光，制成硅片，即，芯片电路结构的衬底。根据芯片设计和硅片尺寸，一张硅片通常可制成数百个芯片，这些芯片最初像邮票一样排列在硅片，等结构制作完毕后才会被单独分离开来。